多孔整流板在噴嘴調節汽輪機調節級汽室中的應用

紀親禮

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

要挖掘電站噴嘴調節汽輪機經濟性和可靠性的潛力，需要解決一系列任務。其中主要任務是降低進入第一個非調節級靜葉之前的蒸汽軸向不均勻性。對于采用噴嘴調節的所有大型電站汽輪機來說，蒸汽都經過4個噴嘴室流向調節級。在額定工況下只有3個噴嘴室處于開啟狀態，此時向調節級供汽的弧度很少超過290°。在向第一個非調節級的靜葉供汽時，即使存在較大的勻壓室，汽流仍然還有明顯的周向不均勻度。尤其在汽輪機部分負荷工況下，這些非調節級的效率將大幅度下降。

1 試驗結果

雖然已公開發表、涉及到汽輪機部分進汽級試驗結果的文章數量可觀，但涉及到調節級的部分進汽度對第一個非調節級和整個高壓級組的影響方面的數據卻很少。

這種情況在很大程度上與下列觀念有關，即認為在調節級后面存在一個較大的勻壓室、所以在其后第一個非調節級靜葉前的汽流周向不均勻度不會很大，因而也不可能嚴重降低后面所有級的經濟性。

然而，在上述試驗裝置上進行的第一批試驗顯示，在向調節級汽室部分進汽的條件下，在其后的靜葉后面的汽流出現很大的周向不均勻度。部分進汽度取決于已開肩的進汽弧段數量，是根據對模擬部分進汽的葉柵中部圓周處的汽流進行逐點測量而得。

但是，對于所研究的整個裝置來說，能量的總損失卻明顯增加了。在這種情況下能量總損失明顯增加的原因是多孔整流板通流能力小（其通流率是21.7%）。為了降低安裝這種整流板引起的附加能量損失，增大了整流板的孔徑，并針對盲區開出4個窗口。借此將多孔整流板的通流率提高到54%。在這種情況下，從供汽弧段出來的汽流一部分通過多孔整流板的孔，而另一部分通過4個窗口，從而確保了工質較均勻地充滿靜葉的整個圓周。此外，在整流板朝著環形葉柵方向的孔端帶有斜角，以改善整流扳后面的流動狀況。

圓筒形多孔整流板：對平面多孔整流板的研究表明，通過這種方式實際上可以完全解決第1個非調節級靜葉進口截面前的汽流參數的均勻問題。但是借此降低靜葉葉柵中的損失程度不足以補償平面多孔整流板所帶來的額外能量損失。

在安裝多孔整流板時，調節級汽室中的壓力脈動明顯降低的外部體現是，整個裝置的殼體振動位移幅度相對降低。其相對降低值也即安裝多孔整流板時試驗裝置殼體的振動位移相對于未安裝多孔整流板時實測振動位移的變化值。在隔板靜葉葉柵出口處的無量綱速度越高，采用多孔整流板時殼體的振動降低程度就越大。

2 圓環形多孔整流板在汽輪機通流部分的實際應用

所進行的研究結果證明，如果汽輪機級的靜葉葉柵進口前存在汽流的周向不均勻性，則從均勻其參數的角度來說，添置多孔整流板會獲得明顯的效果。

這種汽流周向不均勻的現象在所有采用噴嘴調節的汽輪機中都存在，而且在它們的調節級后的汽流周向不均勻程度相當于利用上述試驗裝置進行研究時獲得的不均勻度。

根據以往發表的試驗數據，當壓力場存在如此大的周向不均勻度時，汽輪機高壓部分的效率會降低1.5%～2%。因此亟須將上述研究結果運用到現有的汽輪機中。

從結構角度來講，在汽輪機第一個非調節級前設置多孔整流板并無特殊困難。就是在汽輪機前兩級通流部分添置圓環形多孔整流板。

整流板是一個環形腔室，具有多孔外側壁，并且其端壁和內側壁上都開有若干個圓形窗口。整流板利用12個螺栓固定在隔板體的凹槽處。在這種情況下，調節級后的蒸汽沿著多孔整流板的外側多孔壁周向流動，并較均勻地通過小孔流入內部環形腔室。從這一角度來看，安裝多孔整流板除了解決純氣動力學的問題以外，還起到了防止異物進入汽輪機通流部分的輔助保護作用。

采取上述措施只需要增加很少的費用，不僅能提高汽輪機高壓部分的效率，而且還能明顯降低葉片上的動態作用力。

3 結論

所進行的研究結果表明，對于采用噴嘴調節的汽輪機來說，在部分進汽的情況下，調節級汽室中的壓力場和速度場存在很大的周向不均勻性，從而對高壓部分隨后幾級的經濟性產生不良影響。

為了均衡進入第一個非調節級靜葉葉柵的汽流，提出并研究了增設整流板的措施，其費用很小，卻至少能使大功率汽輪機高壓部分的效率提高1%。通過對立體（圓環形）多孔整流板的結構分析，現在已經可以將其應用于任何電站汽輪機。